DE102004049601A1 - Digital photo/shot defect correction method, involves recording two frames one on another without temporal image blurring and chroma effects of photo receptors, during short recording period, and adding recorded frames to form final image - Google Patents

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Abstract

The method involves recording two frames one on another without temporal image blurring and chroma effects of photo receptors, during short recording period. The recorded frames are then added to form a final image. The quality of each frame correction is evaluated for further image correction, and the previously selected exclusive regions of interest in the image are corrected. An independent claim is also included for an image acquisition apparatus for correcting defects in digital photo/shot.

Description

Es ist bekannt, dass die Aufnahmezeit von Bildern und Filmen von der Helligkeit der aufzunehmenden Objekte abhängt. Daraus können unter ungünstigen Lichtverhältnissen lange Aufnahmezeiten resultieren. Mit dem Terminus „lange Aufnahmezeiten" werden folgende ungünstige Effekte verbunden, die bei Foto- und/oder Filmaufnahmen auftreten können:

  • – Zeitliche Bildunschärfen aufgrund von Bewegungen des Aufnahmeapparates während der Bildaufnahme (Verwackeln).
  • – Zeitliche Bildunschärfen aufgrund von Objektbewegungen während der Bildaufnahme.
  • – Eine Überbelichtung bestimmter heller Bildbereiche, um eine korrekte Belichtung dunkler Bildbereiche zu gewährleisten (Sättigungseffekt).
  • – Eine beliebige Kombination der vorhergehenden drei Punkte.
It is known that the recording time of pictures and movies depends on the brightness of the objects to be recorded. This can result in poor light conditions long recording times. The term "long recording times" is associated with the following unfavorable effects that may occur during photo and / or movie shooting:
  • - temporal blurring due to movements of the recording apparatus during image acquisition (blurring).
  • - temporal blurring due to object movement during image acquisition.
  • - An overexposure of certain bright image areas, to ensure a correct exposure of dark areas of the image (saturation effect).
  • - Any combination of the previous three points.

Diese ungünstigen Effekte bei Foto- und/oder Filmaufnahmen führen zu Bildfehlern, deren Wahrscheinlichkeit mit der Länge der Aufnahmezeit steigt. Demzufolge treten Bildfehler weniger wahrscheinlich innerhalb kurzer Aufnahmezeiten auf. Die Bezeichnung „kurze Aufnahmezeiten" bezieht sich dabei auf alle Aufnahmezeiten, in denen keine zeitlichen Bildunschärfen und/oder Sättigungseffekte auftreten. Die Bilder, die mit diesen kurzen Aufnahmezeiten gewonnen werden, werden als „Einzelbilder" bezeichnet. Im Gegensatz dazu soll für Bilder, die mit langen Belichtungszeiten aufgenommen wurden, der Terminus konventionelles Bild verwendet werden. Unter ungünstigen Lichtverhältnissen ist demzufolge ein Einzelbild dunkler als ein konventionelles Bild, d.h. es besitzt einen zu geringen Bildkontrast. In vielen Fällen ist das aufzunehmende Objekt auf einem Einzelbild nicht erkennbar, während es im konventionellen Bild unscharf abgebildet wird. Beschränkt sich das aufzunehmende Objekt auf einen bestimmten Bildausschnitt, wird es auch als Region von Interesse (ROI) bezeichnet.These unfavorable Effects with photo and / or film recordings lead to image errors whose Probability with the length the recording time is increasing. As a result, artifacts are less likely to occur within a short recording time. The term "short Recording times "refers thereby on all recording times, in which no temporal Bildunschärfen and / or Saturation effects occur. The images that are obtained with these short recording times are referred to as "frames." In contrast this is intended for Pictures taken with slow shutter speeds, the Terminus conventional image can be used. Under unfavorable light is therefore a single image darker than a conventional image, i.e. it has too little image contrast. In many cases the object to be recorded on a single frame not recognizable while it blurred in the conventional image. Limited the object to be photographed onto a particular image section becomes it is also referred to as a region of interest (ROI).

Zum Ausgleich von Verwacklungsartefakten werden momentan kommerzielle Lösungen angeboten, die auf einer Adaption des Linsenapparates und/oder einer Aktivbewegung der Fotorezeptoren basieren. Für eine Korrektur von Sättigungseffekten aufgrund langer Belichtungszeiten gibt es, nach Kenntnis des Autors, keine Methode.To the Balancing artifacts are currently becoming commercial solutions offered on an adaptation of the lens apparatus and / or a Active movement of the photoreceptors are based. For a correction of saturation effects due to long exposure times, there are, to the knowledge of the author, no Method.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, dass konventionelle Korrekturverfahren von zeitlichen Bildunschärfen bei Foto und/oder Filmaufnahmen nur langsam und/oder ungenau arbeiten und außerdem einen relativ hohen technischen Aufwand erfordern. Außerdem besitzt jeder Fotorezeptor einen Sättigungsbereich, in dem die Stärke des ankommenden Lichtes und das erzeugte Signal im Rezeptor nicht mehr linear miteinander korreliert sind.Of the The invention defined in claim 1 is based on the problem that conventional correction method of temporal image blurring at Photo and / or filming work slowly and / or inaccurately and also require a relatively high technical effort. Also owns each photoreceptor has a saturation region, in which the strength the incoming light and the signal generated in the receptor not are more linearly correlated with each other.

Dieses Problem wird für insbesondere digitale Foto- und/oder Filmaufnahmen durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst:

  • 1) Es erfolgt die Aufnahme von mindestens zwei Einzelbildern mit jeweils kürzerer Aufnahmezeit als es die Lichtverhältnisse für die Aufnahme eines konventionellen Bildes erfordern würden.
  • 2) Die aufgenommenen Bilder werden mit einem mathematischen Standardalgorithmus aufeinander registriert.
  • 3) Die registrierten Bilder werden zu einem Endbild addiert oder gemittelt, um einen, dem konventionellen Bild entsprechenden Bildkontrast zu gewährleisten.
This problem is solved for particular digital photo and / or film recordings by the features listed in claim 1:
  • 1) The recording of at least two individual images, each with a shorter recording time than the light conditions would require for the recording of a conventional image.
  • 2) The recorded images are registered with each other using a standard mathematical algorithm.
  • 3) The registered images are added to an end image or averaged to ensure an image contrast corresponding to the conventional image.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass es möglich wird, beliebig lange insbesondere digitale Foto- und/oder Filmaufnahmezeiten zu realisieren ohne zeitliche Bildunschärfen in Kauf nehmen zu müssen. Außerdem ist es möglich Sättigungseffekte der Fotorezeptoren zu vermeiden, weil jedes Bild im ungesättigten Bereich der Rezeptoren aufgenommen wird. Die Implementierung eines Registrierungsalgorithmus auf handelsüblichen digitalen Foto- und/oder Filmaufnahmegeräten ist technisch leicht durchführbar, weil keine Bewegungssensoren notwendig sind und/oder die Aufnahmeoptik nicht adaptiert werden muss.The particular advantages of the invention are that it is possible is, as long as desired, especially digital photo and / or film recording times to realize without having to accept temporal blurring. Besides that is it possible saturation effects to avoid the photoreceptors, because every picture in the unsaturated Range of receptors is recorded. The implementation of a Registration algorithm on commercially available digital photo and / or Film recorders is technically easy to carry out, because no motion sensors are necessary and / or the recording optics does not have to be adapted.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, ist im Patentanspruch 2 gegeben. Diese ermöglicht es, noch während der Bildaufnahme die Bildkorrektur durchzuführen. Dadurch wird erreicht, dass ein Einzelbild nach erfolgter Registrierung wieder gelöscht werden kann und Arbeitsspeicher für die Aufnahme weiterer Einzelbilder frei wird. Das ermöglicht eine stundenlange Bildaufnahme, was insbesondere bei Nachthimmelaufnahmen von Vorteil ist. Der Aufnahmeapparat braucht in diesem Falle nicht der Himmelsbewegung zu folgen, es wird lediglich der Drift der Objekte pro Einzelbild korrigiert.A advantageous embodiment of the invention is in the claim 2 given. This allows it, while still the image capture to perform the image correction. This ensures that a single picture will be deleted after registration can and memory for the recording of more frames is free. That allows one hours of image acquisition, which is especially the case with night sky photos is beneficial. The recording device does not need in this case to follow the celestial motion, it only becomes the drift of the objects corrected per frame.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, ist im Patentanspruch 3 gegeben. Hierbei wird die Registrierung zweier Einzelbilder auf einen bestimmten Bildausschnitt (ROI) bezogen, der zuvor automatisch oder manuell festgelegt wurde. Dadurch soll es ermöglicht werden, einen bestimmten Interessensbereich im Bild scharf abzubilden, während nebensächliche Objekte und/oder Bildrauschen keinen oder nur beschränkten Einfluss auf die Qualität der Bildkorrektur des ROI's haben.A Another advantageous embodiment of the invention is in the claim 3 given. This will register two frames a specific image detail (ROI) related, previously automatic or manually set. This should make it possible to focus on a specific area of interest in the picture, while incidental ones Objects and / or noise no or only limited influence on the quality the image correction of the ROI to have.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, ist im Patentanspruch 4 gegeben. Dieser beinhaltet die Abschätzung der Güte der Bildkorrektur, bevor die Einzelbilder verworfen werden. Bei geringer Güte wird die Bildkorrektur mit einer veränderten mathematischen Methode wiederholt oder das betreffende Einzelbild wird nicht für die Bildkorrektur verwendet und gelöscht.A Another advantageous embodiment of the invention is in the claim 4 given. This involves estimating the quality of the image correction before the frames are discarded. When low quality is the image correction with a changed repeated mathematical method or the subject frame will not for the image correction is used and deleted.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, ist im Patentanspruch 5 gegeben. Dabei wird mit einer beliebigen fototechnischen Methode, die insbesondere die Anwendung eines Lichtstrahls mit bestimmter Wellenlänge und/oder Polarisierungsrichtung und/oder Kohärenz erforderlich macht, mindestens ein Punkt im Raum markiert. Ein fototechnisch markierter Punkt wird dann bei der Bildkorrektur als Referenzpunkt erkannt und zur Bildregistrierung benutzt, was eine genauerer Bildregistrierung (s.u.) ermöglicht.A Another advantageous embodiment of the invention is in the claim 5 given. This is done with any photographic technique, the in particular the use of a light beam with a specific wavelength and / or Polarization direction and / or coherence required, at least a point in the room marks. A photo-technically marked point becomes then recognized as a reference point in image correction and for image registration used, which allows a more accurate image registration (s.u.).

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung dieser Erfindung, ist im Patentanspruch 6 gegeben. Dabei wird mit einem Bewegungssensor die Bewegung des Aufnahmeapparates aufgezeichnet, um diese Information in die Bildregistrierung einfließen zu lassen. Ein Wissen um den Bewegungsverlauf des Aufnahmeapparates erleichtert die unten beschriebene Bewegungskorrektur der Einzelbilder.A further advantageous embodiment of this invention is in the claim 6 given. It is with a motion sensor, the movement of the Recording devices recorded this information in the image registration flow in allow. A knowledge about the course of movement of the recording apparatus facilitates the motion correction of the frames described below.

Nach Patentanspruch 6 kann die beschriebene Korrekturmethode gemäß den Ansprüchen 1-6 in einem eigens dafür konzipierten Aufnahmeapparat angewendet werden. Die Anwendung der Korrekturmethode ist optional zu- und abschaltbar. Ebenso ist es möglich, nach Aufnahme der Einzelbilder, die beschriebene Korrekturmethode außerhalb des Aufnahmeapparates durchzuführen.To Claim 6, the described correction method according to claims 1-6 in one for that designed recording device to be applied. The application of Correction method can be optionally switched on and off. It is the same possible, after taking the frames, the correction method described outside of the recording apparatus.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den 1 und 2 gegeben. In 1 wird beispielhaft demonstriert, dass die Fotografien eines Raumes, welche mit kurzer Aufnahmezeit aufgenommen wurden keine zeitlichen Unschärfen zeigen. Allerdings sind diese Einzelbilder zu dunkel (s. 1 Bilder 1..N). Die Addition aller Einzelbilder führt zu einem Bild (s. 1 Bild Σ), welches eine ausreichende Helligkeit besitzt, allerdings die o.g. zeitlichen Bildunschärfen zeigt. Die Piktogramme am rechten oberen Rand jedes Einzelbildes (z.B.:

Figure 00040001
demonstrieren die Relativbewegung zwischen Kamera und Aufnahmeobjekt, die in dem gezeigten Fall in einer leichten Linksdrehung der Kamera um ihre zentrale Achse, sowie ihre Verschiebung in Richtung der rechten, unteren Ecke besteht. 2 zeigt exemplarisch, wie die Korrektur der zeitlichen Bildunschärfe erfolgen kann. Das erste Bild (2 1) wird als Referenzbild verwendet, wobei jedes weitere der Einzelbilder (2 2..N) ebenso als Referenzbild verwendet werden kann. Jedes Einzelbild, welches nicht als Referenzbild deklariert wurde, wird mit einer mathematischen Operation, die weiter unten beschrieben ist, auf das Referenzbild registriert. Die registrierten Einzelbilder, sowie das Referenzbild werden dann aufsummiert, um ein Bild ausreichender Helligkeit (s.2 Σ) zu ergeben. Dieses Summenbild zeigt nach der Anwendung der Korrekturmethode keine zeitlichen Bildunschärfen.An embodiment of the invention is in the 1 and 2 given. In 1 it is demonstrated by way of example that the photographs of a room taken with a short recording time show no temporal blurring. However, these frames are too dark (s. 1 Pictures 1..N). The addition of all frames leads to a picture (s. 1 Picture Σ), which has sufficient brightness, but shows the above-mentioned temporal blurring. The pictograms at the top right of each frame (eg:
Figure 00040001
demonstrate the relative motion between the camera and the subject, which in the case shown is a slight left turn of the camera about its central axis and its displacement towards the lower right corner. 2 shows by way of example how the correction of temporal image blurring can take place. The first picture ( 2 1) is used as the reference image, with each further one of the individual images ( 2 2..N) can also be used as a reference image. Each frame that has not been declared as a reference frame is registered to the reference frame with a mathematical operation described below. The registered single images, as well as the reference image are then summed to a picture of sufficient brightness (s. 2 Σ). This summation image shows no temporal blur after applying the correction method.

Mathematische BildregistrierungMathematical image registration

Als Algorithmus zur Bildregistrierung kann eine analytische oder eine pixelwertbasierte oder jede andere Methode zur Anwendung kommen.When Algorithm for image registration can be an analytical or a pixel value based or any other method used.

Analytische Methode: Dabei ist die Kenntnis der Position mindestens zweier Bildpunkte (Exempelpunkte) vor und nach der Verschiebung notwendig. Aus der Positionsveränderung lässt sich eine Bewegungsmatrix berechnen, mit deren Hilfe die Rückbewegung des Bildes durchgeführt werden kann. Die Bewegungsmatrix wird somit auf alle Pixel des Bildes gleichermaßen angewendet. Die Genauigkeit der Methode kann durch Kenntnis von mehr als nur zwei Positionsverschiebungen erhöht werden.analytical Method: The knowledge of the position of at least two pixels (Exempelpunkte) before and after the shift necessary. From the position change let yourself calculate a motion matrix, with the help of which the return movement of the picture can be. The motion matrix is thus applied equally to all pixels of the image. The accuracy of the method can be improved by knowing more than just increased two position shifts become.

Vorteil: Genaues und schnelles analytisches Verfahren.Advantage: Accurate and fast analytical procedure.

Nachteil: Die analytischen Positionen von Exempelpunkten müssen meist mit Hilfe einer schwellwertbasierten Methode extrahiert werden. Die Genauigkeit der Registrierung in jedem Bildpunkt hängt dann von der Genauigkeit der Positionsfindung der Exempelpunkte ab.Disadvantage: The analytical positions of example points usually have to be based on a threshold-based Method to be extracted. The accuracy of registration in depends on each pixel then on the accuracy of the position finding of the sample points from.

Pixelwertbasierte Methode: Dabei werden zwei Bilder durch ein iteratives Verschieben und Drehen eines der beiden Bilder in Übereinstimmung gebracht. Es wird nach jedem Iterationsschritt die Korrelationsmatrix berechnet. Bei signifikant abnehmender Korrelation wird die Registrierung abgebrochen, da eine optimale Übereinstimmung angenommen wird. Vorteil: Bei nur kleinen Verschiebungen (wie im Falle der beschriebenen Korrekturmethode) relativ schnelles Verfahren. Keine Bewegungsmatrix notwendig, da die Operation bereits unter Einbeziehung aller Bildpunkte erfolgen kann.Pixel value based Method: This involves moving two images through an iterative move and turning one of the two images in line. It After each iteration step, the correlation matrix is calculated. With significantly decreasing correlation, the registration is aborted because an optimal match Is accepted. Advantage: With only small displacements (as in the case of the described correction method) relatively fast method. No movement matrix necessary as the operation is already under Inclusion of all pixels can be done.

Nachteil: Bei größeren Verschiebungen kann es zu Falschregistrierungen kommen, wenn ein lokales Maximum der Bildkorrelation gefunden wurde. Ebenso steigt der Rechenaufwand mit der Größe der Verschiebung sowie mit der Größe der Bildmatrix.Disadvantage: For larger shifts False registrations can occur if a local maximum the image correlation was found. Likewise, the computational effort increases with the size of the shift as well as with the size of the image matrix.

Referenzen zum derzeitigen Stand kommerzieller Bewegungskorrekturen in Kameras (exemplarisch)References to the current State of commercial motion corrections in cameras (exemplary)

  • http://konicaminolta.com/products/consumer/digital_camera/dimage/dimage-a2/02.htmlhttp://konicaminolta.com/products/consumer/digital_camera/dimage/dimage-a2/02.html
  • http://www.canon.com/technology/detail/digi_video/shakecorrect_shift/http://www.canon.com/technology/detail/digi_video/shakecorrect_shift/

Claims (7)

Bildbasierte Korrekturmethode von zeitlichen Bildunschärfen und/oder von Sättigungseffekten von Fotorezeptoren, hervorgerufen durch lange Aufnahmezeiten bei Foto- und/oder Filmaufnahmen, insbesondere bei digitalen Foto- und/oder Filmaufnahmen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Einzelbilder ohne zeitliche Bildunschärfen und/oder ohne Sättigungseffekte der Fotorezeptoren, d.h. aufgenommen mit kurzen Aufnahmezeiten, erst aufeinander registriert und danach zum Endbild addiert werden.Image-based correction method of temporal image blurs and / or saturation effects of photoreceptors, caused by long recording times in photo and / or film recordings, especially in digital photo and / or film recordings, characterized in that at least two individual images without temporal image blurring and / or saturation effects the photoreceptors, ie recorded with short recording times, first registered one after another and then added to the final image. Korrekturmethode nach Patentanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Güte jeder Einzelbildkorrektur abgeschätzt und zur weiteren Bildkorrektur herangezogen wird.Correction method according to claim 1, characterized that goodness each frame correction is estimated and for further image correction is used. Korrekturmethode nach Patentanspruch 1-2 dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich Regionen von Interesse im Bild korrigiert werden, die zuvor selektiert wurden.Correction method according to claim 1-2 thereby marked that exclusively Regions of interest can be corrected in the image that has been selected previously were. Korrekturmethode nach Patentanspruch 1-3 dadurch gekennzeichnet, dass während Einzelbilder ohne zeitliche Unschärfe akquiriert werden, die Registrierung und Addition vorhergehender Einzelbilder bereits erfolgt.Correction method according to claim 1-3 thereby characterized in that during Frames are acquired without temporal blurring, the Registration and addition of previous single images already done. Korrekturmethode nach Patentanspruch 1-4 mit fototechnischer Korrekturassistenz während der Bildaufnahme dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Punkt im aufzunehmenden Objekt mit fototechnischen Mitteln unverwechselbar markiert wird, um später für die Bildkorrektur als Referenzpunkt bzw. Referenzpunkte verwendet zu werden.Correction method according to claim 1-4 with photo-technical Correction assistance during the image capture characterized in that at least one point unmistakable in the object to be photographed with photo-technical means is marked to later for the Image correction used as a reference point or reference points become. Korrekturmethode nach Patentanspruch 1-4 mit bewegungssensorischer Korrekturassistenz während der Bildaufnahme dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbesserung der Registrierung der Einzelbilder die Information eines Bewegungssensors herangezogen wird.Correction method according to claim 1-4 with motion sensor Correction assistance during the image capture characterized in that to improve the Registration of the frames the information of a motion sensor is used. Bildaufnahmeapparat geeignet zur Korrekturmethode nach Patentanspruch 1-6.Imaging apparatus suitable for correction method according to claim 1-6.
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